我國科學家研發出無需“插電”的發光發電纖維
更新時間：2024-4-7 11:05:11 來源：新華社
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記者近日從東華大學獲悉，該�？蒲腥藛T成功研發出集無線能量采集、信息感知與傳輸等功能于一體的新型智能纖維，由其編織制成的紡織品無需依賴芯片和電池便可實現發光顯示、觸控等人機交互功能。
該成果近日發表于國際學術期刊《科學》，被認為有望改變人與環境以及人與人之間的交互方式，對功能性纖維開發以及智能紡織品在不同領域的應用具有重要啟發意義。
當前，智能可穿戴設備已成為日常生活的一部分，并在健康監測、遠程醫療、人機交互等領域發揮著重要作用。相較于傳統剛性半導體元件或柔性薄膜器件等，由智能纖維編織成的電子紡織品具有更好的透氣性和柔軟度，但目前智能纖維開發多基于“馮·諾依曼架構”，即以硅基芯片作為信息處理核心開發各種電子纖維功能模塊，如信號采集的傳感纖維、能量供應的發電纖維等，復雜的多模塊集成必然增大了紡織品的體積、重量和剛性。
東華大學材料科學與工程學院先進功能材料課題組在一次實驗中，偶然發現纖維在無線電場中發出了光。以此為基礎，課題組開創性地提出“非馮·諾依曼架構”的新型智能纖維，實現了將能量采集、信息感知與傳輸等功能集成于單根纖維中。
課題組成員楊偉峰表示，電磁場和電磁波在生活中無處不在，這些電磁能量就是這種新型纖維的無線驅動力，而人體作為能量交互的載體，開辟了一條便捷的“通道”，使原本在大氣中耗散的電磁能量優先進入纖維、人體、大地組成的回路。記者看到，僅是用手輕觸，這種添加了特定功能材料的新型纖維便呈現了發光發電的神奇景象。
據介紹，新型纖維具有三層鞘芯結構，芯層為感應交變電磁場的纖維天線（鍍銀尼龍纖維）、中間層為提高電磁能量耦合容量的介電層、外層為電場敏感的發光層，原材料成本低，纖維和織物的加工都已有成熟工藝。
在不使用芯片和電池的情況下，科研人員還通過這種新型纖維實現了織物顯示、無線指令傳輸等功能。纖維材料改性國家重點實驗室（東華大學）研究員侯成義表示，新型纖維有望運用到服裝服飾等日用紡織品中，當它們接觸人體時，可通過發光進行可視化的傳感、交互甚至高亮照明，還能對人體不同姿態動作產生獨特的無線信號，進而對電子產品進行無線遙控，這些新功能或會改變人們智慧生活的方式。
課題組表示，深入研究如何讓新型纖維更有效地從空間中收集能量，并以此驅動包括顯示、變形、運算等在內的更多功能，將是團隊下一階段的工作。
（吳振東、余敏之）
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記者近日從東華大學獲悉，該�？蒲腥藛T成功研發出集無線能量采集、信息感知與傳輸等功能于一體的新型智能纖維，由其編織制成的紡織品無需依賴芯片和電池便可實現發光顯示、觸控等人機交互功能。
該成果近日發表于國際學術期刊《科學》，被認為有望改變人與環境以及人與人之間的交互方式，對功能性纖維開發以及智能紡織品在不同領域的應用具有重要啟發意義。
當前，智能可穿戴設備已成為日常生活的一部分，并在健康監測、遠程醫療、人機交互等領域發揮著重要作用。相較于傳統剛性半導體元件或柔性薄膜器件等，由智能纖維編織成的電子紡織品具有更好的透氣性和柔軟度，但目前智能纖維開發多基于“馮·諾依曼架構”，即以硅基芯片作為信息處理核心開發各種電子纖維功能模塊，如信號采集的傳感纖維、能量供應的發電纖維等，復雜的多模塊集成必然增大了紡織品的體積、重量和剛性。
東華大學材料科學與工程學院先進功能材料課題組在一次實驗中，偶然發現纖維在無線電場中發出了光。以此為基礎，課題組開創性地提出“非馮·諾依曼架構”的新型智能纖維，實現了將能量采集、信息感知與傳輸等功能集成于單根纖維中。
課題組成員楊偉峰表示，電磁場和電磁波在生活中無處不在，這些電磁能量就是這種新型纖維的無線驅動力，而人體作為能量交互的載體，開辟了一條便捷的“通道”，使原本在大氣中耗散的電磁能量優先進入纖維、人體、大地組成的回路。記者看到，僅是用手輕觸，這種添加了特定功能材料的新型纖維便呈現了發光發電的神奇景象。
據介紹，新型纖維具有三層鞘芯結構，芯層為感應交變電磁場的纖維天線（鍍銀尼龍纖維）、中間層為提高電磁能量耦合容量的介電層、外層為電場敏感的發光層，原材料成本低，纖維和織物的加工都已有成熟工藝。
在不使用芯片和電池的情況下，科研人員還通過這種新型纖維實現了織物顯示、無線指令傳輸等功能。纖維材料改性國家重點實驗室（東華大學）研究員侯成義表示，新型纖維有望運用到服裝服飾等日用紡織品中，當它們接觸人體時，可通過發光進行可視化的傳感、交互甚至高亮照明，還能對人體不同姿態動作產生獨特的無線信號，進而對電子產品進行無線遙控，這些新功能或會改變人們智慧生活的方式。
課題組表示，深入研究如何讓新型纖維更有效地從空間中收集能量，并以此驅動包括顯示、變形、運算等在內的更多功能，將是團隊下一階段的工作。
（吳振東、余敏之）
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